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Parâmetros térmicos e microestruturais na solidificação transitória de Ligas Al-Mg e Al-Mg-Si e correlação com resistências mecânicas e à corrosão

Autor(es):
Crystopher Cardoso de Brito
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Instituição: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica
Data de defesa:
Membros da banca:
Rezende Gomes dos Santos; Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia; Eduardo Netto de Souza; Maria Aparecida Pinto
Orientador: Amauri Garcia
Resumo

As características mecânicas (resistência a esforços estáticos e dinâmicos; resistência ao desgaste) e características químicas (resistência à corrosão) dos produtos metálicos solidificados dependem do arranjo microestrutural, mais especificamente do tamanho de grão e espaçamentos celulares ou dendríticos, das heterogeneidades de composição química, do tamanho, forma e distribuição das inclusões, de porosidade, etc. Adicionalmente aos obstáculos intergranulares ao escorregamento, existirão os obstáculos presentes entre os braços celulares e dendríticos. Em estruturas brutas de solidificação, estabelecer correlações entre estrutura e as propriedades decorrentes é uma tarefa complexa e que se inicia pela análise dos diferentes aspectos estruturais e que depende de um monitoramento experimental cuidadoso, e que permita um mapeamento confiável dos parâmetros térmicos de solidificação. O presente trabalho objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos da solidificação de ligas Al-Mg e Al-Mg-Si na definição da microestrutura, macrossegregação e estabelecer correlações com as resistências mecânica e à corrosão, contribuindo consequentemente com subsídios para um planejamento adequado de condições operacionais de solidificação vinculado a determinadas características de aplicação desejadas. Para tanto, foram conduzidos experimentos de solidificação unidirecional tanto em regime transiente (vertical ascendente e descendente) quanto permanente (crescimento Bridgman). Para as ligas binárias Al-3Mg e Al-6,5Mg e ternárias Al-3Mg-1Si e Al-6,5Mg-1Si não se constatou a ocorrência de macrossegregação de soluto, nem mesmo para solidificação direcional vertical descendente. Com exceção da liga Al-3Mg-1Si, todas as ligas examinadas apresentaram a matriz rica em Al unicamente de morfologia dendrítica ao longo de toda a faixa de taxas de resfriamento ( dT/dt ) experimentais. Já a liga Al-3Mg-1Si apresentou morfologia celular para 0,005 < dT/dt > 2K/s, e dendrítica para 0,03 > dT/dt < 0,8 K/s. Esses resultados caracterizaram a ocorrência de uma transição celular/dendrítica reversa (células de alta taxa de resfriamento), raramente relatada na literatura para ligas metálicas. Foram estabelecidas, para todas as ligas, leis experimentais de crescimento relacionando espaçamentos celulares ou dendríticos (primários, secundários e terciários) com parâmetros térmicos de solidificação (velocidade e taxa de resfriamento). Propriedades mecânicas (dureza e tração) e resistência à corrosão foram avaliadas para as ligas Al-3Mg e Al-3Mg-1Si. A microdureza Vickers da liga ternária foi superior em função do arranjo microestrutural mais complexo contendo mais fases intermetálicas Mg2Si e Al-Fe-Si(-Mg). A microestrutura celular da liga Al-3Mg-Si conferiu a melhor combinação entre limite de resistência à tração e alongamento específico, embora a liga Al-3Mg tenha apresentado maiores valores de alongamento específico. Leis experimentais do tipo Hall-Petch são propostas relacionando essas propriedades de tração, e a microdureza Vickers com a escala da microestrutura, mais especificamente com espaçamentos celulares e dendríticos primários. Ensaios de corrosão em uma solução 0,06M de NaCl mostraram que as morfologias celular e dendrítica mais refinadas apresentam maiores resistência à corrosão do que estruturas grosseiras. O arranjo microestrutural da morfologia celular, associado à melhor distribuição dos intermetálicos ricos em Fe em eutéticos binários e ternários nas regiões intercelulares, conferiram a essa morfologia da matriz rica em Al, a melhor resistência frente à corrosão para diferentes concentração salinas de NaCl. Um estudo preliminar sobre a influência da microestrutura da liga Al-3Mg-1Si nas resistências ao desgaste e à tribocorrosão é apresentado. (AU)

Processo FAPESP: 12/08494-0 - Parâmetros Térmicos e Microestruturais na Solidificação Transitória de Ligas Al-Mg e Al-Mg-Si e Correlação com Resistências Mecânica e à Corrosão
Beneficiário:Crystopher Cardoso de Brito
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado